Усадка полипропилена при литье

Содержание

Получение пенополистирольных моделей в литейном производстве машиностроительных заготовок с использованием 3D технологии

Дорошенко В. С., кандидат технических наук, ФТИМС НАН Украины.

При выборе технологии для освоения в процессе модернизации литейных предприятий или литейных цехов машиностроительных заводов обратим внимание на один из ресурсоэффективных литейных процессов, недостаточный интерес к которому отчасти объясняется слабым отражением его особенностей и преимуществ в отечественной технической информации. Среди последних промышленных способов получения отливок, созданных во второй половине прошлого века, литье по газифицируемым моделям (ЛГМ или по англ. терминологии — Lost Foam Casting Process) расширяет свои объемы и географию внедрения. Россия и Украина имеют до двух сотен патентов по разным вариантам этой технологи. А институт ФТИМС НАН Украины (г. Киев) является лидером в СНГ по исследованиям ЛГМ-процесса, выполняющим проектирование и поставку для литейных цехов комплексов отечественного оборудования производительностью 100 — 5000 т отливок в год.

Способ, при котором жидкий металл не заливается в пустую полость литейной формы (как огнеупорный сосуд), а замещает пенопластовую модель в песчаной форме, чтобы там затвердеть в качестве отливки, составляет ноу-хау процесса ЛГМ и меняет технологическое видение процесса литья. Если в традиционных видах литья точность размеров и чистота поверхности отливки являются производными, прежде всего, процесса формовки из песчаной смеси, то при ЛГМ-процессе качество пенополистирольной (ППС) модели служит главным определяющим фактором. А понимание этого — ключом к организации производства качественных точных отливок с невысокими трудовыми и материальными затратами.

Накопленный во ФТИМС НАНУ в течение нескольких десятилетий опыт при выполнении НИР, НИОКР и практического применения ЛГМ-процесса под руководством проф. Шинского О. И. в ряде цехов различных стран, позволяет предложить вниманию литейщиков обобщение опыта производства моделей из ППС. Эта технология расширяет возможности литейного производства, а знание чужих ошибок при освоении нового вида литья лучше, чем их повторение. Особенностью формовочных работ является значительное сокращение их трудоемкости, обычно у вибростола на формовке модели в контейнере работает один формовщик. При ЛГМ особого искусства формовщика не требуется, поскольку в большинстве вариантов ЛГМ формовка состоит из засыпки контейнерной опоки сухим песком с виброуплотнением.

При этом все другие операции на литейном участке ЛГМ (кроме изготовления моделей и указанной простой операции формовки) аналогичны таким практически для всех литейных цехов, включая шихтовку, плавку, заливку металла, очистку отливок, т. п., и обычно выполняются на стандартном литейном оборудовании. При реконструкции литейного цеха с переходом на ЛГМ-процесс планировка этих участков не изменяется.

Для производства ППС моделей разработаны четыре основных способа, выбор каждого из них зависит, прежде всего, от серийности и размера отливок. Исключительно низкая твердость и легкость обработки ППС плотностью 20 — 30 кг/м3, как конструкционного материала литейных моделей, в сочетании с рассмотренными ниже способами объясняет высокую гибкость ЛГМ-процесса, пригодного как для ремонтного, так и для массового литья. Простой и легкодоступный способ изготовления модели на простейшем оборудовании – вырезание из блочного ППС нагретой проволокой. При получении единичной отливки, например, отливки детали для ремонта дорогостоящей или уникальной машины, этот способ является почти единственно приемлемым по экономическим и технологическим соображениям. Модель необходимой детали с учетом усадки металла весом от десятков грамм до нескольких тонн можно вырезать из ППС плит по шаблонам. Если деталь пространственно-объемная, то модель изготавливается из частей и собирается в целое.

Специалистами института разработано ряд приемов для точного изготовления модели по шаблону. Сборку частей осуществляют склеиванием или расплавлением стыка тепловым ножом, контур детали или его частей прорисовывают на плоскостях ППС плиты гелевой ручкой или фломастером. При необходимости изготовления нескольких моделей одной и той же детали с целью повторяемости размеров целесообразно изготовление шаблонов из плотного картона толщиной 1,0 — 1,5 мм, которые сверху и снизу плиты из ППС закрепляют тонкими гвоздями или специальными кнопками. При изготовлении модели детали с элементами зубчатой передачи по картонным шаблонам необходимо их точное взаимное ориентирование в разных плоскостях. Для этого шаблоны могут иметь средства совмещения типа шип-паз и др.

Особенности получения отливки по моделям, изготовленным резанием проволокой: 1) невысокая точность размеров; 2) шероховатость поверхности ППС модели в точности переходит на поверхность отливки; 3) сложность получения тонкостенных ребер (тоньше 3 мм); 4) узкие пределы выбора ППС по плотности, которая может отличаться для отливок из разных сплавов, т.к. блочный ППС в основном выпускается для строительной отрасли и имеет небольшую плотность; 5) сложность совмещения в единую конструкцию элементов модели, изготавливаемых по частям, особенно крупногабаритных и пространственно искривленных; 6) возможность изготовления отливки с толстыми стенками и элементами (толщина свыше 40 мм), что часто трудно получить другими способами. На рис. 1 показаны примеры изготовления моделей промышленных деталей вырезанием нагретой проволокой.

а) б) в) г)
Рис. 1. Примеры изготовления моделей вырезанием проволокой: а) модель и картонный шаблон (ниже), б) модель детали машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) для формовки способом Full Mould – в песчаной смеси со связующим, в) конические шестерни, г) витые модели деталей кресла.

При изготовлении модели или ее частей, имеющих различные толщины, следят за скоростью резания и температурой проволоки, от которых зависит точность размеров и чистота поверхности реза. Для устранения залипания мест реза габариты блока из ППС предварительно обрезают близко к контуру будущей отливки, особенно при изготовлении крупномерной модели. Оптимальный диаметр применяемой нихромовой проволоки 0,6 — 1,2 мм. Для изготовления тонкостенной модели плотность ППС плиты должна быть большей, чем для толстостенной. Использование плиты с мелкозернистой структурой, что дает экструзионный ППС, позволяет получить отливки с поверхностью низкой шероховатости. Также от определенного искусства модельщика зависит выполнение мелкоразмерных элементов поверхности модели (до 2 мм), таких как отверстия пазы, зубья, шлицы и др. Модельщики опытного производства института в таких случаях используют специальные инструменты.

Изготовленные из плиты ППС с использованием управляемого компьютерными программами трех-координатного фрезерного станка с ЧПУ (3D фрезера) является самым современным и универсальным способом получения резанием моделей крупногабаритных, сложных и точных отливок, как при единичном, так и при мелкосерийном производстве. Модели, изготовленные фрезерованием, обеспечивают высокую точность размеров по чертежу, повышенную чистоту поверхности модели, соответственно и отливки. На рис. 2 показаны примеры моделей, полученных на 3D фрезере.

Этим способом легко выполнить объемные стыковочно-маркерные элементы при изготовлении составных моделей. Выполнение стыковочных элементов с возможностью центровки и замыкания частей модели различной конфигурации и размеров позволяет изготовить точные сплошные модели из составных частей, уменьшить использование клея и вероятность образования зазоров, что позволяет обеспечить качественную покраску и уменьшить затекание противопригарной краски в возможные зазоры по стыку под действием капиллярного эффекта.

Управляющие программы большинства 3D станков адаптированы к различным конструкторским программ, работающим в среде Windows: «Компас», «Солид-воркс», «3D», «Инвентор» и др. Оператор – конструктор при изготовлении крупногабаритных моделей определяет плоскости, разделяющие ее на части, и обеспечивает при этом возможность изготовления элементов, например, пазов, отверстий, ребер усиления, площадок и т. п., расположенных на различных стыковочных плоскостях и в теле модели. Еще одним преимуществом 3D фрезеров является большая скорость резания, обеспечивающая гладкость поверхности резания, в том числе из-за расплавления тонкого слоя поверхности ППС.

При проектировании изготовления составных моделей для получения качественной отливки минимизируют количество и длину линий стыка, а также делают поверхности стыка в одной плоскости без закругления кромки края, что исключает затекание защитной краски в стыки. Такой методике следуют, как для горизонтальных, так и вертикальных стыковочно-сборочных мест, последние желательно размещать в шахматном порядке для придания жесткости сборной модели. Модели крупногабаритных отливок с толстыми стенками и элементами часто делают составными (из половинок), и в местах утолщения модели выполняют пустоты, оставляя стенки толщиной не более 10-15 мм. Это уменьшает газотворность при газификации ППС. Меньший объем газов легче утилизировать (дожигать), при этом уменьшаются науглероживание поверхности и количество газовых дефектов в отливке, а также экономится время и энергия на откачку газов. При таком изготовлении моделей возможно применение ППС плит с повышенной плотностью и мелкой зернистостью, отражаемой на поверхности модели малой шероховатостью. Защитная краска на модели, изготовленной из такого блочного ППС, легко наносится ровным слоем.

Изготовление ППС моделей автоклавным способом или на полуавтоматах, технологически отличается от рассмотренных выше методов тем, что исходный гранулированный ППС необходимо подготовить к использованию, подвспенить или активировать гранулы для получения модели необходимой плотности и качества. Технология и марки ППС в зависимости от вида материала отливки подобраны специалистами института, как для материалов отечественного производства, так и зарубежных производителей для получения отливок различного развеса из различных металлов. Проведенные работы позволили внедрить ЛГМ-процесс на различных предприятиях и получить результаты, подтвердившие его преимущества перед традиционными видами литья, как по экономическим показателям, так и по качеству отливок. Тщательное соблюдение технологии гарантирует получение до 97 % годных отливок при соблюдении технологических инструкций ФТИМС от выбора марок ППС, режимов подвспенивания, хранения, изготовления модели, сборки, окраски, и включая весь литейный цикл до выбивки.

Исходный полистирол рекомендуемой марки и размеров гранул можно подвспенивать (предвспенивать) на подвспенивателях конструкции ФТИМС или на автоматическом оборудовании, выпускаемом в ряде стран. Конструкции института позволяют в полуавтоматическом режиме получать гранулы полистирола заданной плотности от 15 до 50 кг/м3 и размеров диаметром от 0,5 до 3 мм. Некоторую сложность в зимнее время представляет пневмотранспортировка и задувка в пресс-формы из-за повышенной влажности, как гранул, так и окружающего воздуха. Доработка оборудования позволила преодолеть эту проблему путем выдержки подвспененного до определенной плотности ППС в газопроницаемых бункерах. В зависимости от марки ППС и климатических условий время стабилизации составляет от 2 до 24 часов.

При автоклавном способе изготовления моделей подвспененный и выдержанный ППС задувают в пресс-формы и спекают паром с температурой 110 – 130 °С и давлением 110 — 125 кПа. Модельный ряд стандартных автоклавов по объему камер составляет: на 100; 400; 700; 1000 дм3 (литров). Последние конструкции автоклавов имеют автоматику для контроля уровня воды в котле, температуры водяного пара, давления в камере, а также рекуператор пара. Среди новых технических решений по этой теме является разработка конструкции проходного автоклава, в котором по рольгангу пресс-формы проходят 3 камеры, 2 крайние из них служат своеобразными шлюзами для экономии пара как теплоносителя . Следует отметить, что ППС модели с элементами толще 30 мм сложно стабильно пропечь по толщине, что требует выполнения таких мест с пустотами внутри тела модели. Например, конструкторами и технологами института для выполнения модели литого ствола пушки в виде толстенной трубной заготовки с толщиной более 70 мм были разработаны и изготовлены пресс-формы, в которых изготавливались составные пустотелые модели с толщиной сплошных стенок до 12-14 мм и длиной более 4 м.

При изготовлении моделей отливки из низкоуглеродистых (до стали 20) или нержавеющих сталей желательно использование пенопластов сополимеров, например, на основе полиметилметакрилата (PMMA), в частности под торговой маркой Сlearpor, содержащего 70 % PMMA и 30 % полистирола, хотя сополимеры на порядок дороже ППС. PMMA обладает высокой скоростью газификации при минимальном коксовом остатке, который в 20 раз меньше, чем у ППС, из-за наличия в молекулярной структуре PMMA связанного кислорода и отсутствием тяжелых радикалов. Эти два обстоятельства стимулируют быстрое протекание высокотемпературной окислительной термодеструкции с выделением, главным образом, газов при малом количестве свободного углерода. Чистый PMMA имеет невысокую прочность, добавление к нему 30 % полистирола или этилена повышает прочность материала до уровня ППС. Модели тонкостенных отливок обычно изготавливают из более плотного подвспененного ППС, а для обеспечения меньшей шероховатости поверхности отливки применяют мелкозернистый подвспененный полистирол.

При проектировании пресс-формы из алюминия надо стремится, чтобы ее стенки были приблизительно одной толщины и не более 15 мм для равномерного спекания модели. Чем выше чистота формообразующих поверхностей оснастки, тем выше чистота модели и отливки, а также легкость извлечения модели из пресс-формы. Получить отливку ЛГМ-процессом с наименьшей возможной шероховатостью, до 6 класса чистоты, можно, если поверхности пресс-формы и, соответственно, модели имеют шероховатость на класс выше. При конструировании пресс-формы учитывают усадку ППС и заливаемого металла.

Изготовленные модели перед окрашиванием и сборкой с элементами литниково-питающей системы (ЛПС) должны быть высушены. Сушильные шкафы конструкции ФТИМС обеспечивают качественную сушку без коробления и деформации. Высушенные модели после выхода порообразователя из ППС можно хранить долго (несколько месяцев) без потери технологических свойств и размеров. Для уменьшения прилипаемости и облегчения выемки модели из охлажденной пресс-формы поверхность ее предварительно перед задувкой ППС обрабатывают аэрозольной силиконовой смазкой. Но, в свою очередь, эта смазка, частично переходящая на поверхность испеченной модели, затрудняет нанесение противопригарной краски. Технологи отдела формообразования института разработали составы смазок из дешевых и доступных средств и технологию их применения. А также разработано несколько видов добавок, ПАВ, которые повышают адгезию краски к модели и регулируют ее газопроницаемость. Кроме этого, задействуют ряд добавок, которые повышают тепловые характеристики красок, а также способствуют целостности покрытия без растрескивания при сушке и складировании. При изготовлении пресс-форм также учитывают необходимость максимального их облегчения и выполнения в них задувочных и вентиляционных отверстий, от количества которых зависит быстрое и полное заполнение пресс-форм гранулами ППС, что обеспечивает получение качественных моделей или ее составных частей и облегчает труд модельщика.

Расстановка технологического оборудования в цехе: автоклава, ванны охлаждения, рабочего стола, стеллажей для хранения пресс-форм и моделей, пневматического задувочного устройства, тары с подвспененным ППС производится в соответствии с эргономическими и санитарными нормами. Установка вентиляционного зонта над автоклавом способствует сохранению гранул ППС сухими. На крупных модельных участках, где используют пневмотранспорт подачи подвспененного ППС из бункера вылеживания до расходной тары, на рабочем месте модельщика необходимо заземление или использование антистатического аэрозоля, иначе наэлектризованные гранулы не полностью заполняют пресс-форму. Сжатый воздух давлением 200 — 250 кПа, необходимый для задувного устройства, должен быть сухим и без масла. Желательно наличие влаго- и маслоотделителя на пневмотрубопроводе.

Самые недорогие и качественные ППС модели для крупносерийного производства получают методом «теплового удара» на полуавтоматах. Несколько вариантов полуавтоматов разработаны институтом ФТИМC, они соответствуют современным требованиям. К полуавтомату подводят магистрали сжатого воздуха давлением до 1000 кПа, сухого пара с температурой +135 — 150 °С и давлением 130 — 150 кПа, воды для охлаждения с температурой до 30 °С, вакуума с давлением 75 — 150 мм рт. ст., конденсатоотвода и пневмотранспорта подачи подвспененного ППС из бункера вылеживания до расходного бункера полуавтомата, электропитания 220/380 в, 50 гц.
Технология получения ППС модели методом «теплового удара» не схожа с изготовлением изделий из полиэтиленов, полиамидов и др. пластмасс на пластавтоматах, экструдерах и пресс машинах. Поэтому для разработки пресс-форм для ППС модели на полуавтомат требуется знание существующих отличий в технологии получения изделий из газонаполненных полимеров. На рис. 3 показаны типовые примеры отливок и моделей, которые получены в пресс-формах.

Пресс-формы для полуавтоматов бывают двух типов: ящичного и контурного. В контурном нет вент для подачи теплоносителя, охладителя, воздуха и создания вакуума в модельной полости. Разновидностью контурного типа пресс-формы является форма с трубчатыми каналами, которые обеспечивают максимальную производительность и экономичность изготовления модели. Самыми оптимальными по стоимости проектирования и изготовления являются контурные пресс-формы. При разработке пресс-формы согласовывают каналы подачи вышеперечисленных энергоносителей и их отвода, а также герметизации подвижных и неподвижных частей и элементов пресс-формы. Грамотно сконструированная и изготовленная пресс-форма обеспечивает получение качественных моделей с наименьшими затратами.

Если модель составная, то конфигурацией полости пресс-формы формируют стыковочные и ориентирующие элементы на частях модели, которые выполняют такими, чтобы нанесение клея при их соединении не представляло трудностей. Химический состав клея, используемого для сборки моделей, подобен химсоставу пенопласта или специально рекомендован для этого, что обеспечивает равномерное газовыделение и получение отливки без дефектов. Кроме того, клей на стыкуемых поверхностях наносят равномерным слоем минимальной толщины. Для предотвращения затягивания клея в щели и получения отливок с гладкой поверхностью без отпечатка места стыка составных моделей нередко покрывают клеевые швы узкой бумажной малярной клейкой лентой или синтетической лентой типа «скотч». На бумажной ленте водная краска держится лучше, а спиртовые краски дают ровный слой на пластиковой пленке. Сборка сложных составных моделей в стапеле с использованием различных приспособлений (кондукторов или рамок) для фиксации и прижимания позволяет повысить качество и жесткость склеенных швов.

При сборке ППС моделей отливок малых развеса и размеров на общий/один стояк их располагают таким образом, чтобы обеспечивалась равномерность откачки газов при литье, качественное окрашивание и доступность для инструмента при обрубке или отрезке отливок. Часто модели располагают на разных уровнях с угловым смещением как в вертикальной плоскости, так и в горизонтальной. Места установки моделей, прибылей и выпоров из ППС определяют с учетом их оптимального действия и последующей отрезки. Для получения отливок с залитыми элементами крепления из другого металла (например, защитные плиты дробильных машин из высокопрочного чугуна с резьбовыми шпильками из стали) такие элементы (металлические шпильки) устанавливают в требуемые места в тело ППС модели до их покраски. Аналогично изготавливают отливки из алюминиевых или медных сплавов с элементами крепления из другого металла. Также устанавливают внутренние или наружные холодильники для направленной кристаллизации металла при заливке. Создано целое технологическое направление введения «имплантантов» в модель для получения биметаллических, армированных и композиционных отливок.

Важная технологическая роль при получении качественной отливки ЛГМ- процессом со стороны нанесенного на модель и модельные кусты специального покрытия объясняется тем, что этот слой краски толщиной 0,6-1,0 мм после сушки одновременно служит своеобразным фильтром дозированной газопроницаемости для пропуска газов от деструкции ППС модели, а также защитой от попадания формовочного материала в металл и противопригарной защитой поверхности отливки. Марки готовых красок, составы композиций и технология их приготовления в зависимости от вида металла, сложности и серийности отливки приведены в технологических инструкциях института, реже в технической литературе. Чаще всего состав импортных красок не раскрывается, а патентный поиск показывает десятки конкурирующих вариантов без возможности их гарантированного применения, что подтверждает важное (порой определяющее) их значение для обеспечения качества отливок. В зависимости от марки краски выбирается режим сушки для получения ровного и прочного слоя. Модели, окрашенные краской на спиртовой основе, в летнее время не требуется сушить, в отличие от водных красок. Конструкции сушильных шкафов разработки ФТИМС обеспечивают качественное и быстрое осушение моделей без коробления и растрескивания краски в потоке теплого воздуха с температурой не более 35 — 40 °С. Краски, в составе которых имеется декстрин, рекомендуется использовать в течение 72 часов после их приготовления.

Плотность краски перед применением должна быть в пределах 1,40 — 1,65 г/см3. Краску тщательно перемешивают. При плотности больше 1,8 г/см3 краска после высыхания склонна к растрескиванию и осыпанию. Краску на модель можно наносить вручную, кисточкой, пульверизатором или окунанием. При окрашивании окунанием желательно краске придать циркуляционное движение для равномерного покрытия, особенно на внутренних плоскостях модели. Подготовленные модели или модельные кусты с литниковой системой подаются к месту формовки в специальной таре, обеспечивающей их сохранность как при транспортировании, так и при хранении.

Интересными и полезными для литейщиков могут быть разработанные в институте перспективные технологии модифицирования металла отливки (например, высокопрочного или специального чугуна) при ЛГМ-процессе, когда модель в своем объеме или на поверхности содержит модификатор, т. е. служит его носителем. Такой уникальной возможностью подачи на зеркало расплавленного металла модифицирующего материала по мере заполнения этим расплавом формы и газификации модели не обладает никакая другая технология литья. Модификаторы преимущественно в порошковом виде вносятся в объем ППС модели или добавляются в краску для легирования поверхности отливки.

Обнадеживающие результаты получены при подвспенивании исходного ППС в СВЧ установках и при обработке его ультрафиолетовым облучением. Эти технологии экологически чище действующих, основанных на энергоемком нагреве гранул в кипящей воде или паре со свойственными им потерями тепла в окружающую среду. Такие технологии повышают производительность подготовки гранул, позволяют автоматизировать получение гранул заданных размеров. Ученые ФТИМС определили оптимальный спектр ультрафиолетовых лучей и скорость перемещения гранул исходного полистирола в зоне облучения . Внедрение этих технологий в производство планируется после разработки конструкторской и технологической документации для опытно-промышленных установок с изготовлением в течение полугода.

О новых достижениях в области ЛГМ-процесса было доложено на симпозиуме в Германии (г. Бремен ). Было 13 докладов от представителей различных стран, в том числе, Германии, Китая, Нидерландов, Великобритании, Мексики, США, Ирана и др. Россия была представлена докладом ООО «Симбирские печи» «Новое оборудование и технология ЛГМ для получения отливок из стали и высокопрочного чугуна». Симпозиум проводился на базе немецкого технологического института технологии материалов в г. Бремен, включал экскурсию в данный институт, где участников ознакомили с последними достижениями технологии ЛГМ, в том числе, перспективами применения данного процесса для производства отливок электромобилей. Эти работы институт проводит совместно с концерном «Folkskvagen», который с 2020 г. переходит на серийный выпуск электромобилей.

В настоящее время Китай является мировым лидером в производстве отливок методом ЛГМ. Ежегодное производство составляет более 2 млн. тонн от общего выпуска свыше 30 млн. тонн литых заготовок. Такое количество литья методом ЛГМ было достигнуто практически за последние 10 лет, когда было организовано 10-15 крупных литейных производств, а большинство (750) составляют литейные цехи с годовым количеством 3 – 5 тыс. тонн. В докладе китайского представителя были приведены примеры применения ЛГМ для различных типов отливок, в том числе, для тракторов, блоков и головок двигателей, а также, крупных отливок весом до 10 т.

Большинство докладов было посвящено контролю технологических параметров процесса ЛГМ как гарантии получения отливок высокого качества. Особый интерес вызвал доклад представителя Мексики о самом крупном литейном заводе с годовым выпуском 50 тыс. тонн отливок из серого и высокопрочного чугунов для всемирно известных фирм » John Deere», «Caterpillar» и др. Доклад ООО «Симбирские печи» вызвал большой интерес, поскольку в нем было представлено новое оборудование, позволяющее производить отливки большой номенклатуры высокого качества. Данное оборудование практически полностью контролирует параметры процесса ЛГМ с использованием компьютерных программ. При этом переход на новую модель отливки происходит в течение не более 10-15 минут. Это достигается за счет специальной конструкции модельных автоматов. Разработанный и освоенный комплекс ЛГМ позволяет получать отливки высокого качества, исключая человеческий фактор, что особенно актуально для создания мелких литейных цехов с годовой мощностью до 5 тыс. тонн. Представленная ООО «Симбирские печи» отливка «Корпус турбонаддува» из жаростойкой стали, по мнению участников симпозиума была наиболее сложной и с очень высоким качеством.

Таким образом, в статье приведенные примеры, описания технологии, навыков и приемов, разработанных научно-техническим специалистами ФТИМС НАНУ при производстве моделей из ППС, а также успехи развития ЛГМ-процесса в мире. Описаны методы применения 3D технологии в производстве моделей. Они послужат ценным опытом литейщикам для использования его на участках ЛГМ. В обзоре отражен технический уровень развития ЛГМ-процесса как весомый потенциал развития отечественного литейного производства, восстановления его роли в качестве стимулятора роста собственного машиностроения и поставщика отливок на экспорт.

Аннотация:
Приведенные в статье примеры, описания навыков и приемов, разработанных научно-техническим специалистами ФТИМС НАНУ в течение ряда десятилетий при производстве моделей из пенополистирола, послужат ценным опытом литейщикам для дальнейшего его использования на участках ЛГМ. В целом статья отражает технический уровень развития ЛГМ-процесса как весомый потенциал развития отечественного литейного производства, восстановления его роли в качестве стимулятора роста собственного машиностроения и поставщика отливок на экспорт.

Технология литья пластмасс под давлением

Детали из пластмассы широко используются во всех отраслях промышленности. Сфера деятельности человека также связана с использованием пластика от строительных материалов и бытовой техники до кухонной утвари. Самым популярным способом изготовления различных изделий является технология литья пластмасс под давлением. Современное оборудование предоставляет возможность автоматизировать производственный процесс и получать продукцию с отличными техническими характеристиками в сжатые сроки при минимальных вложениях средств. Полимерные изделия подлежат вторичной переработке, поэтому являются экологичным материалом.

Что такое литье пластмасс под давлением

Крупносерийное и массовое производство пластиковых деталей предусматривает сложный технологический процесс по впрыскиванию расплавленного пластика под высоким давлением в подготовленную литьевую форму, изготовленную из металла. Жидкая масса равномерно заполняет объем и кристаллизируется, приобретая требуемую форму. Благодаря технологии литья под давлением удается получить качественные изделия. Для реализации метода применяется сложное дорогостоящее оборудование, обеспечивающее высокую производительность. С использованием данного способа производится почти половина полимерных деталей. В качестве сырья для производственного процесса применяются гранулы термопластов, а также термореактивные порошки, придающие готовым изделиям требуемые физические и эксплуатационные качества. Термопластичные компоненты сохраняют свои параметры при вторичной переработке, а термореактивные подвергаются невозвратным химическим реакциям и образуют неплавкий материал.

Подготовленные полимерные компоненты загружаются в бункер литьевой машины, в котором они плавятся и гомогенизируются. Далее масса на скорости, благодаря создаваемому давлению, впрыскивается через специальные каналы в подготовленную форму. Происходит быстрое заполнение полости. После застывания образуется отливка. От скорости впрыска зависит качество полимерных изделий. Большей популярностью пользуются червячные пластикаторы. Они характеризуются высокой производительностью и лучшей гомогенизацией расплавленной массы. Менее популярное оборудование поршневого типа. Оно обеспечивает подачу расплавленного полимера с высокой скоростью в литьевую форму и предоставляет возможность получить эффект мрамора в случае подготовки смеси из разноцветных пластмасс. На производстве допускается использование раздельного метода. Он предусматривает подготовку расплавленной массы в предпластикаторе с червячным механизмом, а дозирование и впрыскивание вязкой массы в форму выполняется благодаря оборудованию поршневого типа.

Область применения литья полимеров под давлением

Применяя технологию, которая предусматривает литье пластмасс под давлением, предоставляется возможность изготовить простые и сложные пластиковые детали. При этом отсутствуют ограничения по габаритам и количеству изделий. Данный способ применяется в автомобилестроении, электронике, химической и многих других отраслях промышленности. С использованием способа литья пластмасс удается быстро и с требуемым уровнем качества изготовить:

  • разные упаковки, крышки и разные колпачки;
  • широкий ассортимент детских игрушек;
  • корпуса и комплектующие для электронной техники;
  • комплектующие для медицинского оборудования и прочие изделия.

Преимущества данной технологии

Для производства крупных партий изделий из полимеров технология литья пластмасс под давлением характеризуется достоинствами, которые заключаются в высокой точности отлива. Благодаря инжектированию расплавленной массы с повышенной скоростью обеспечивается равномерное наполнение формы, включая микроскопические отверстия. Метод характеризуется многими достоинствами, благодаря которым он пользуется популярностью:

  • Возможность производства изделий любой геометрической формы и степени сложности. Изготавливаются тонкостенные детали. Сложность конструкции зависит от пресс-формы, имеющую высокую детализацию и учитывающую все изгибы, а также отверстия будущего изделия.
  • Отсутствие потребности в последующей механической обработке деталей. Некоторые сложные по конструкции изделия могут подвергаться минимальной обработке.
  • Массовое производство неограниченного количества пластиковых деталей. Срок эксплуатации металлических пресс-форм исчисляется десятками лет, поэтому они применяются для изготовления огромного количества полимерных изделий.
  • Быстрая окупаемость при организации производства крупной партии пластмассовой продукции. При этом себестоимость одного изделия уменьшается без ухудшения качества при увеличении количества произведенных экземпляров. Такая зависимость объясняется разовым вложением средств на подготовительном этапе к выпуску определенного типа товара.

Технология, предусматривающая давление литья, отличается существенными затратами на этапе подготовки, поэтому для изготовления единичных изделий или мелких партий ее использование является нерентабельным.

Поэтапное производство

Процесс, организованный по технологии литья под давлением, выполняется поэтапно. Комплексные работы состоят из подготовительных операций и формирования изделия.

Подготовительные работы предусматривают 3D моделирование будущих изделий. С целью создания модели специалистами анализируются и изучаются чертежи, фотографии и описания продукции. После создания с помощью специального программного обеспечения и утверждения трехмерной модели выполняются следующие операции:

  1. Изготавливается прототип, который представляет собой образец производимой детали. С целью ускорения процесса используется современное оборудование (принтеры), выполняющее 3D печать. Изготовленный прототип позволяет оценить, испытать на предельных нагрузках и протестировать готовое изделие. При обнаружении неточностей и дефектов оперативно вносятся изменения в трехмерную модель до получения идеальной детали, соответствующей всем требованиям.
  2. Проектируются пресс-формы. На данном этапе очень тщательно прорабатываются все тонкости (линии, изгибы, отверстия и пр.) на основании утвержденной 3D модели.
  3. Изготавливаются формы для заполнения расплавленной массой. С этой целью трехмерная модель разбивается на части. Каждый полученный элемент изготавливается отдельно. На последнем этапе из частей собирается форма.
  4. Отливка первого экземпляра из пластика. Он тщательно проверяется и тестируется. При обнаружении неточностей дорабатывается литьевая форма.

В зависимости от сложности изделий на выполнение подготовительных работ может потребоваться несколько недель или месяцев. От полноты и точности проведения операций на этом этапе, зависит качество будущей полимерной продукции.

Процесс формирования изделий предусматривает:

  1. Расплавление компонентов и подачу расплава в форму.
  2. Создание давления с целью быстрого заполнения и равномерного распределения полимерной массы по форме.
  3. Охлаждение наполненного объема до полного затвердевания пластмассы. Время, требующееся для кристаллизации полимера, зависит от многих параметров: типа применяемого пластика, вязкости расплава, температуры в форме и пр. Для негабаритных деталей процесс охлаждения длится на протяжении нескольких секунд.
  4. Получение готового изделия. После полного остывания форма разъединяется с целью получения детали.

Окончательная стоимость продукции рассчитывается индивидуально для каждого вида и зависит от конструктивной сложности изделия, типа полимерного материала, объема партии продукции и прочих факторов.

Методы, используемые для литья пластмасс под давлением

Для реализации технологии производства изделий из расплавленных полимеров применяются термопластавтоматы (ТПА), представляющие собой специальные литьевые агрегаты, отличающиеся расположением инжекционных узлов. Обеспечивается впрыск расплава вертикально вниз или в горизонтальной плоскости. По типу применяемого сырья классифицируют ТПА, обеспечивающие однокомпонентное или многокомпонентное литье пластмасс под давлением, выполняемое разными способами.

Инжекционный

Данный способ является самым распространенным. Нужная порция расплавленной массы скапливается в цилиндре и под напором инжектируется в форму. Давление литья обеспечивается на уровне 200 МПа. Процесс подачи массы происходит за секунды. В результате удается изготовить сложные по конфигурации детали. Предоставляется возможность получить разную толщину стенок. В качестве сырья могут использоваться термопласты и термореактивные пластикаты. Возможно использование многогнездной литьевой формы. Объем расплавленной массы должен точно соответствовать литникам.

Интрузионный

Разработан для отлива толстостенных пластмассовых изделий. Данный метод литья пластмасс предусматривает подачу расплавленного материала в пресс-форму благодаря вращению червячного механизма. С целью компенсации естественной усадки, образуемой после охлаждения массы, червяк уже осевым движением подает недостающий расплав. При реализации этого способа количество впрыскиваемой массы может превышать объем, требующийся для отлива детали. Давление литья незначительное, поэтому метод применяется для получения изделий простой формы с ограниченной гнездностью.

Инжекционно-прессовый

Этот метод литья пластмасс позволяет производить изделия, характеризующиеся большой прессовочной площадью. Падение давления в процессе наполнения объема обуславливает разные прочностные характеристики в центре и в крайних зонах деталей. Особенность технологии в формировании давления массы не только благодаря инжекции, но и благодаря применению прессового механизма перемещающегося узла. Поэтому применяются формы, конструктивно предусматривающие перемещение частей после их соединения.

Инжекционно-газовый

ИГЛ является новым методом, использующимся для переработки полимеров. Сущность технологии заключается в расплаве сырья и подачи массы через инжекционные узлы с целью заполнения формы на 80‒95%. Через специальный ниппель с помощью компрессора под давлением 80 МПа закачивается газовая смесь (углекислый газ). Она раздувает расплав, заполняя все углубления и увеличивающая толщину пластика. После формирования детали газ испаряется в специальный приемник, а в форму подается необходимое количество расплавленной массы для окончания изготовления изделия.

Инжекционно-газовое литье под давлением предоставляет возможность сэкономить почти половину используемого дорогостоящего сырья, уменьшить вероятность получения брака, сократить время производственного цикла, а также оптимизировать стоимость оснастки. Технология требует точного управления ЛМ, отличается сложной конструкцией сопел и повышенными требованиями к литьевой системе.

Многослойный

Данный способ предусматривает применение для процесса двух или трех инжекционных узлов с целью пластикации полимера, отличающегося определенными свойствами. В результате получаются многоцветные детали, структуру которых составляют полимерные материалы разного вида. Многослойный метод литья пластмасс используется для производства гибридных конструкций, у которых неответственные части изготавливаются из вторичного сырья.

Сэндвич-литье

Технологией предусматривается переменная подача в форму расплавленного полимера из разных пластикаторов. С этой целью к литнику с переключающим механизмом, в качестве которого используется игольчатый клапан, подключаются два инжекционных модуля. Клапан с определенной последовательностью или одновременно подключает их к пресс-форме. Из первого под давлением инжектируется масса для формирования наружного покрытия изготавливаемой детали. Внутренние полости заполняются полимером, поступающим из второго узла. На последнем этапе снова коммутируется первый узел для добавления расплава.

Соинжекционный

С целью обеспечения литья под давлением данного типа используются сопла, изготовленные по специальной конструкции в виде разделительной головки. Этот способ широко используется с целью получения деталей, имеющих более двух слоев, полностью или частично отличающихся цветом.

Литье в многокомпонентные формы

Метод MСIM предоставляет возможность организовать производство разноцветных изделий, отличающихся разноплановой конструкцией. В этих деталях центральные и периферийные части изготавливаются из разного полимерного материала. При реализации этого способа инжекционные узлы работают в стандартном режиме, а конфигурация детали формируется с помощью особенной структуры пресс-формы. Она конструктивно состоит из двух систем, замыкающихся с первым и вторым узлом, а также включает подвижные вставки, сдвигающиеся с помощью пневмоприводов. Каждая вставка формирует конструктивные элементы детали. Узлы работают в разных режимах (инжекции или интрузионном) независимо друг от друга. Благодаря такой конструктивной особенности удается формировать изделия больших размеров.

Ротационный

Данный способ представляет собой разновидность литья пластмасс в сложные формы с применением вставки съемного типа. После того, как сформируется центральная часть детали (работает первый узел), вставка удаляется. В освободившийся объем поступает расплавленная масса из второго модуля. Производственный цикл отличается дополнительной операцией, предусматривающей разъединение литьевой формы с целью удаления или установки вставки. Данный метод отличается более низкой производительностью.

Особенности применения различных полимеров

Для литья пластика под давлением используются разные компоненты, отличающиеся физическими параметрами.

Полиэтилен низкой плотности

ПЭНП характеризуется быстрым расплавлением. После охлаждения кристаллизируется и меняет твердость. Требуется соблюдать определенное давление и обеспечить максимально равномерный нагрев пресс-формы. Поэтому для охлаждения, вход воды обеспечивается возле литниковых сопел, а отвод в дальней точке. Заполнение охлаждающей жидкостью выполняется быстро с хорошей вентиляцией формы.

Полиэтилен высокой плотности

ПЭВП по сравнению с полиэтиленом НП отличается лучшей кристаллизацией и меньшей степенью текучести в расплавленном виде. Литье пластмассы этого типа широко практикуется для получения изделий с тонкими стенками, но при этом обеспечивается достаточная жесткость конструкции.

Полипропилен

ПП отличается кристалличностью, не превышающей 60%. Процесс выполняется при пониженном давлении и достаточно высокой температуре пластикации, которая в зависимости от марки материала может достигать 280 ºС. Давление расплава формируется на уровне 140,0 МПа. Вязкость полученной массы регулируется скоростью сдвига и незначительно зависит от температурного режима.

Полистирол

ПС представляет собой материал, который в результате применения технологии литья под давлением отличается легкой текучестью в расплавленном виде. Позволяет изготавливать изделия, которые характеризуются жесткостью конструкции и тонкими стенками. Полимер чувствительный к перегреву.

Полистирол ударопрочный

УПС – полимер, отличающийся несколько большей вязкостью, чем обычный полистирол и дает при охлаждении большую усадку. Применяется для тонкостенных деталей с повышенной устойчивостью против механического воздействия.

Акрилонитрил-бутадион-стирольный пластик

АБС-пластик характеризуется большой вязкостью в расплавленном состоянии, отличается трудной переработкой и требует повышенного давления. Применяется для изготовления деталей с тонкими стенками, но в отличие от, например, полистирола, АБС-пластик имеет высокую жесткость и устойчивость к ударам.

Полиметилметакрилат

ПММА позволяет получать изделия разной формы и конфигурации. Отличается низкой термической стабильностью и чувствительностью к перегреву с потерей физических параметров. Требует дополнительной сушки. В процессе обработки нужен точный температурный контроль. Особенность материала в образовании пузырей при инжектировании в холодную пресс-форму, поэтому в ней минимизируется количество плавных переходов.

Поливинилхлорид

Для литья под давлением широко применяется ПВХ, характеризующийся легкостью обработки. Материал чувствителен к соблюдению температурного режима и теряет свойства при перегреве. При нахождении в расплавленном состоянии отличается нестабильностью и автокаталитической деструкцией, проявляющейся в разном цветовом оттенке. Диапазон цвета может меняться от слоновой кости до вишневого оттенка. Для получения всех свойств полимера требуется осуществлять процесс пластикации за минимальное время.

Полиамид

ПА представляет собой кристаллический термопласт, отличающийся гигроскопичностью и хорошей текучестью массы. При нахождении в расплавленном состоянии объем увеличивается на 15%. По причине низкой термической стабильности процесс литья пластмасс этого типа выполняется за минимальное время. В расплаве возможно образование пузырей. Материал требует дополнительного времени для тщательной просушки. Процесс пластикации обеспечивается при давлении 100 МПа. При наполнении литьевых форм допускается ориентация частиц.

Поликарбонат

ПК является теплостойким полимером. Характеризуется высокой термостабильностью и повышенной вязкостью в расплавленном состоянии, зависящей от температурного режима. Пресс-форма нагревается до температуры 100 ºС. По причине повышенной гигроскопичности материала, для нормального литья под давлением требуется предварительный прогрев в цилиндре литьевой машины и тщательная сушка.

Полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат и полиоксиметилен

ПЭТФ, ПБТФ и ПОМ классифицируются как полимеры, отличающиеся высокой термической стабильностью. Процесс литья пластмасс этого типа предусматривает дополнительную сушку, выполняемую до снижения влаги на уровень 0,01%. В расплавленном состоянии имеют вязкость средней степени, которая снижается при уменьшении температуры. Для получения тонкостенных изделий используется раздув с использованием воздуха.

Основные виды брака и методы его устранения

В процессе литья под давлением по причине нарушения технологичного процесса, превышения температуры расплава и по причине других факторов возникают дефекты, которые снижают качество продукции:

  • Неполное наполнение пресс-формы (недолив). Возникает по причине недостаточного объема впрыскивающегося полимера. Такая ситуация возможна из-за слабого нагрева расплава, низкой текучести массы, засорения сопла или разводящих каналов.
  • Превышение объема формы (перелив) в процессе литья пластмасс, вызывающее образование грата по стыку (облой). Дефект возникает по причине неисправности дозатора или превышения допустимой температуры расплавленного полимера. Выход излишка массы возникает также при недостаточно сильном смыкании пресс-формы.
  • Видны стыковочные швы на границе спайки отдельных частей детали, отличающиеся низкой прочностью. Такие стыки образуются при слишком низкой температуре пластикации. Причина дефекта кроется также в неправильной конструкции или недостаточном нагреве литьевой формы, что приводит к преждевременному охлаждению потоков до того, как они сольются. В результате не удается добиться полного сваривания.
  • На поверхности изделия образуются пузыри, в внутри пустоты. Такой брак является результатом наличия в расплаве летучих компонентов, отличающихся повышенным газовыделением при перегреве. Происходит вспучивание мягкой массы.
  • Образование на поверхности усадочных раковин (углублений). Причина дефекта в повышенной усадке массы в случае перегрева или недостаточном объеме расплавленной массы из-за низкого давления, а также недостаточной пропускной способности сопла. Подобные раковины появляются при неравномерном нагреве и недостаточной вентиляции литьевой формы.
  • Коробление изготовленных деталей. Брак возникает при чрезмерной внутренней напряженности, возникающей по причине температурной неравномерности частей формы. Некачественные изделия получаются также при несоблюдении времени, необходимого для выдержки массы с целью полного застывания.
  • Трещины на поверхности. Возникают по причине остаточного напряжения или в случае сильного прилипания жидкой массы к стенкам.
  • Дефекты поверхности деталей, проявляющиеся царапинами и сколами. Брак появляется в случае небрежного обращения с готовой продукцией или некачественно оформленной пресс-формы.
  • Узоры, которые напоминают морозную разрисовку на стекле, появляются по причине чрезмерного количества влаги в инжектируемой расплавленной массе. Недостаток имеет место при нарушении процесса сушки и вентиляции формы.
  • В случае наличия влаги в полимерном материале сверх установленной нормы происходит расслоение структуры. Дефект возникает также в случае наличия застывших литников, не совмещенных с основной массой.
  • Неравномерная (разная) тоновая окраска изделия. Причина заключается в использовании термически нестойкого красителя и перегреве расплавленной массы.
  • Несоответствие полученного изделия требуемым размерам, превышение стандартного допуска. Возникает по причине сильной усадки пластика при затвердении или некачественно изготовленной пресс-формы.

Примеры браков и способы устранения

Качественное и соответствующее требованиям стандартов литье пластмасс под давлением обеспечивается при условии использования технически исправной машины, строгого выполнения технологических этапов и применения качественного сырья. В таблице перечислены типы брака и действия по их недопущению.

Дефект

Почему появляется

Как устраняется

На поверхности изделия:

пузыри

Превышена влажность полимера

Сушка используемого сырья

матовые пятна

Перегретая вязкая масса

Снижение нагрева расплава. Полировка инжекционных каналов

темные полосы

Локальный перегрев расплава. Свободные зоны во впускных каналах

Уменьшение температуры пластикации. Удаление мертвых зон

пленка

Использовано много смазки для литьевой конструкции

Очистка цилиндра, пресс-формы. Минимизация смазки

линии

Повышенная вязкость полимерного материала и неравномерное наполнение объема

Контроль полноты заполнения прессовочной формы

наличие пустот

Нарушение температурного режима из-за просачивания воздуха в форму

Повышение эффективности вентиляции формы. Снижение скорости подачи расплава

Локальный пережог детали

Нагрев газа в объеме для формовки вследствие его сжатия

Обеспечение вентиляции формы

Грязное изделие

Попадание в расплав инородных частиц или дефекты червяка

Контроль используемого сырья и контактирующих с вязкой массой плоскостей

Волнистость поверхности на противоположной литнику стороне детали

Остывание массы в процессе инжектирования

Регулировка температурного режима

Белые вкрапления, похожие на пузыри

Превышен нагрев, слабое давление литья, короткая выдержка полимера

Понижение нагрева каналов, поднятие давления, добавление времени на кристаллизацию полимера

Швы возле литника

Слишком быстрое охлаждение расплавленной массы в точке подачи

Нагрев формы возле литника, увеличение геометрии сопла

Непрочные сварные стыки

Ускоренное охлаждение вязкой массы на этапе заполнения объема

Нагрев формы и полимера.

Поднятие давления впрыска

Расслоение детали

Попадание сторонних включений. Большая разница температуры вязкой массы и формы

Очистка цилиндра и каналов

Грат на стыках

Неэффективное запирание пресс-формы для изготовления деталей

Увеличение запирающего усилия, уменьшение скорости подачи вязкой массы, снижение давления и уменьшение объема подающей массы

Затрудненный съем изделий

Нарушение технологии, форма неоптимальной конструкции

Понижение давления, полирование зеркала формы, формирование воздушных прослоек

Технология литья под давлением, реализуемая на современном оборудовании с соблюдением требований процесса и применением качественного сырья позволяет изготавливать в большом количестве качественные изделия, востребованные в разных отраслях промышленности и бытовых условиях. При выборе оптимального метода пластикации удается наладить рентабельное производство деталей любой сложности.

Поликарбонат литьевой

Carbomix – литьевая марка поликарбоната (ПК). Представляет собой конструкционный термопластичный полимер, инженерно-технического назначения, отличающийся комплексом уникальных свойств: высокое светопропускание, коэффициент преломления и оптическая прозрачность, высокие физико-механические и диэлектрические характеристики, высокая ударная стойкость (в том числе при низких температурах).

Температурный интервал эксплуатации готовых изделий из поликарбоната марки Carbomix составляет от -60 до +135 оС при этом значения прочностных и других характеристик находятся в допустимом интервале значений.

Марки выпускаемого поликарбоната

Выпускаются поликарбонаты следующих марок:

  • CARBOMIX 10;
  • CARBOMIX 12;
  • CARBOMIX 20;
  • CARBOMIX 25.

Они представляют собой среднетекучие и высокотекучие литьевые марки ПК, которые при определенных технологических режимах могу перерабатываться экструзией.

Из вышеперечисленных марок литьевого поликарбоната, которые можно купить у нас, изготовляют разнотолщинные ответственные и общетехнические детали, корпуса приборов, различные оптические, светотехнические, электротехнические и медицинские изделия, такие как линзы, светофильтры, рассеиватели, рукоятки и др., детали авто-, авиа- и пищевого производства и многое другое.

По согласованию, мы можем изготовить светостабилизированные поликарбонаты, в этом случае к названию добавляется индекс UV.

По своим характеристикам, аналогами для наших марок поликарбонатов являются импортные и отечественные поликарбонаты такие как TRIREX 3028 C, MAKROLON 2807, ПК ЛТ-10, ПК ЛЭТ-7, LEXAN 101, ПК ЛТО-12.

Рекомендуемые режимы переработки поликарбонатов CARBOMIX методом литья под давлением

    1. Подготовка сырья к переработке: сушка не менее 4- х часов при температуре 120 °С ± 5°С до относительной влажности 0,02%
    2. Температуры зон материального цилиндра ТПА, горячеканальной литниковой системы и формы:
Температура зон CARBOMIX
10/10UV
10 ОД
10UV ML
ПК-М-2
CARBOMIX
12/12UV
12 ОД
12UV ML
CARBOMIX
20, 25 UV/OД
20UV ML
20UL ML
ПК-Л-СВ-30
CARBOMIX-10CВ20
черный 901
t загрузки 1 260 ± 10 260 ± 10 250 ± 10 260 ± 10
t 2 280 ± 10 275 ± 10 265 ± 10 270 ± 10
t 3 290 ± 10 285 ± 10 270 ± 10 280 ± 10
t 4 290 ± 10 285 ± 10 275 ± 10 285 ± 10
t сопла 295 ± 10 290 ± 10 280 ± 10 290 ± 10
t гор. литника 300 ± 15 290 ± 10 290 ± 10 295 ± 10
t формы 60 — 110 70 — 90 40 — 90 70 — 110
  1. Давление литья выбирается в зависимости от геометрии, массы изделия и находится в пределах 50 ÷ 130 МПа. Давление подпитки устанавливается из расчета, не более 2/3 давления литья. Остаточная подушка должна быть 5-12мм
  2. Возможные дефекты литья и методы устранения.
    • Серебрение поверхности.
    • Не досушенное сырье — проверить влажность сырья, досушить до влажности 0,02%.
    • Высокая скорость впрыска — уменьшить скорость впрыска.
    • Коробление — наличие внутренних напряжений в изделии – повысить температуру формы, увеличить время охлаждения в форме, понизить давление попитки.
    • Утяжины на изделии (недоливы) — увеличить дозировку материала, увеличить давление подпитки.

Литьевой поликарбонат от завода производителя

Наши специалисты ответят на любые вопросы относительно покупки поликарбоната и его характеристик.

Компания «ГАММА-ПЛАСТ» обладает большим опытом в производстве и реализации поликарбоната и способна предложить своим клиентам выгодные условия покупки данного материла.

Купить литьевой поликарбонат вы можете, позвонив по телефону в Москве +7 (495) 348-09-11.

Также мы изготовим на заказ трудногорючий поликарбонат высокого качества. Вы можете задать нашим специалистам любые вопросы относительно покупки литьевого поликарбоната, цене и его характеристиках, они с удовольствием на них ответят. Продукт – гранулы литьевого поликарбоната.

Упаковка

Крафт-мешки по 25 кг.
По согласованию с заказчиком упаковка «Биг Бег» по 500 кг.

Литьем перерабатываются как аморфные, так и кристаллические полимеры.

Переход аморфных полимеров в вязкотекучее состояние происходит в широком интервале температур, поэтому они перерабатываются без особых затруднений. Колебание температуры расплава не вызывает резкого изменения в процессе литья. Расплав не склонен к вытеканию через зазоры в формах. Усадка составляет 0,4-0,6 %.

Кристаллические полимеры имеют узкий интервал температур перехода в вязкотекучее состояние, отличаются низкой вязкостью расплава и высокой текучестью. Эти свойства усложняют процесс переработки. Необходимо точнее поддерживать температуру расплава, использовать запорные устройства к мундштуку. Кристаллические термопласты при затвердевании имеют значительно большую усадку (до 3%).

Чем выше температура термопласта, тем больший объем он заполняет, и тем выше усадка при охлаждении. Надо иметь в виду, что кроме термической усадки может происходить усадка и вследствие изменения структуры полимера, причем она проявляется не только в изменении размеров изделия, но и в появлении углублений, внутренние пустоты, раковины.

Чем ниже температура термопласта и чем выше давление в процессе литья, тем меньше усадка и тем больше будет плотность материала в изделии. Такое изделие имеет лучшие эксплуатационные характеристики.

Полистирол (ПС) наиболее широко перерабатывается литьем под давлением. Перерабатывается легко, хорошо льется в широком температурном диапазоне (140-215 ºС) и при различном давлении. Обладает хорошей термостабильностью (при 240 ºС обладает термостабильностью в течение 2 мин). Блочный полистирол поступает в цех в виде гранул и не требует подготовки. Эмульсионный полистирол также поступает в гранулированном виде, но требует предварительной сушки при температуре 50-70 ºС в течение 30-40 мин. Он загрязнен эмульгатором, который при хранении притягивает влагу.

Из ПС можно изготовить прозрачные изделия. Следует строго соблюдать чистоту окружающей атмосферы и культуру производства.

При хранении полимера в результате трения частиц, они заряжаются статическим электричеством. При этом материал образует электромагнитное поле и притягивает пыль из окружающего воздуха, что приводит к снижению оптических характеристик.

Процесс литья ПС ведут в наиболее холодные формы (от 25 до 40-60 ºС). Если при литье в холодные формы изделия будут получаться с нежелательными внутренними напряжениями, то их желательно устранить путем термообработки. Она необходима, когда изделия будут эксплуатироваться при переменных температурах. Одним из способов термообработки является погружение изделия на 12-15 мин в воду при температуре 70-75 ºС.

Давление литья для полистирола составляет 400-600 кгс/см².

Особенностью полистирола является склонность к сжатию под давлением, что увеличивает сложность извлечения изделия. Усадка — 0,2-0,4 %.

Если перерабатывается УПС марок УПМ, УПС (суспензия) и АБС-пластик, то литье ведут при температуре 180-210 ºС и давлении 600-1000 кгс/см². Температура формы при этом — 50-55 ºС.

Поливинилхлорид (ПВХ) перерабатывается как пластифицированный, так и непластифицированный. Непластифицированный ПВХ литьем под давлением перерабатывается очень плохо, так как обладает высокой вязкостью расплава и низкой термостабильностью. Термодеструкция ПВХ идет по цепной реакции с выделением тепла и газов (HCl), которые взаимодействуют с металлом оборудования.

В силу того, что время термостабильности очень мало, то конструкция литьевой машины и формы не должна допускать задержку расплава в локальных местах на поверхности, так как эти места становятся очагом деструкции. Если деструкция произошла, то необходимо литье прекратить, произвести тщательную очистку формы и машины и после этого можно продолжить процесс.

В силу высокой вязкости расплава и активирующего действия напряжения сдвига на деструкцию ПВХ литниковые каналы должны иметь минимальное сопротивление для течения.

Литье пластиката, сополимеров винилхлорида не вызывает трудностей. Эти материалы льются в широком температурном диапазоне от 150 до 200 ºС при невысоком давлении — 500-900 кгс/см². Температура формы — 20-60 ºС. Усадка составляет 0,1% и возрастает с увеличением содержания пластификатора.

Переработку ПВХ желательно вести со шнековой пластикацией в порошкообразном виде, рекомендуется предварительный подогрев в бункере машины.

Полиэтилен (ПЭ) перерабатывается в гранулированном виде. Он имеет широкий диапазон температур плавления, поэтому льется в широком диапазоне температур и при низких давлениях. ПЭ характеризуется хорошей термостабильностью, но перегрев не желателен в силу возникновения деструкции. Полимер хорошо льется через литники малых сечений. При переработке ПЭ не требуется предварительная сушка.

Температура формы поддерживается на низком уровне. Пределом снижения температуры материала и формы является не трудность заполнения расплавом формы, а момент, при котором происходит ухудшение качества поверхности изделия. Литье в холодную форму позволяет получать изделия с более жесткой поверхностью. Из ПЭ хорошо льются тонкостенные изделия с толщиной стенки около 0,5 мм.

ПЭ изделия имеют различную усадку. Наименьшая усадка — 1,5 % — достигается при низкой температуре формы, высокой температуре расплава и высоком давлении. При несоблюдении этих параметров усадка увеличивается до 5 %.

Обладая хорошими литьевыми свойствами, ПЭ легко может перерабатываться в режиме интрузии При интрузии используется литьевая машина со шнековой пластикацией, но при этом происходит не впрыск материала, а нагнетание его в форму. Этим методом получают массивные крупногабаритные изделия массой до 50 кг и выше. Температурный режим выбирают в зависимости от массы изделия. Температура тем выше, чем больше масса изделия.

Для снижения внутренних напряжений изделия из ПЭ рекомендуется погружать в горячую воду с температурой 70-80 ºС на 2 ч.

При изготовлении тонкостенных изделий во избежание повреждения они выталкиваются с помощью сжатого воздуха.

Полипропилен (ПП) перерабатывают при температуре 200-280 ºС. Давление литья составляет 800-1400 кгс/см². Особенностью переработки ПП является то, что при его охлаждении имеет место большая усадка. Поэтому для предотвращения высокой усадки при повышенных температурах и давлении рекомендуется там, где это возможно снижать температуру, увеличивать давление, увеличивать время впрыска и время подпитки.

ПП по сравнению с ПЭ отличается меньшей термической устойчивостью.

ПП обладает важной особенностью: он способен резко снижать вязкость при увеличении градиента скорости сдвига. Поэтому на практике с целью облегчения процесса литья не увеличивают температуру расплава, а увеличивают скорость впрыска, то есть увеличивают давление.

Полиамиды (ПА) — высококристаллические полимеры с невысокой молекулярной массой. Они способны плавиться в узком температурном интервале (3-5 ºС), сильно уменьшая при этом вязкость. Полиамиды легко льются, но также очень легко вытекают через малые зазоры в форме.

Плавятся ПА при повышенных температурах. Отвердевание их тоже возможно при высоких температурах, а это существенно затрудняет процессы подпитки. Поэтому в случае литья ПА особенно сказываются усадочные явления. Для того, чтобы осуществить подпитку, литниковую систему желательно обогревать.

Для ПА очень важно, чтобы стенки формуемых изделий имели одинаковую толщину. Во избежание коробления изделий вне формы, охлаждение изделий рекомендуется проводить в форме до температуры не выше 80 ºС. Режим охлаждения изделий должен отрабатываться с учетом получения полимера желаемой структуры (кристаллический или частично аморфизированный).

В силу своего химического строения ПА отличаются высоким влагосодержанием. Литье их может производиться только с предварительной сушкой. Процесс сушки весьма длительный — до 80-100 ч при температуре 70 ºС. Поскольку ПА при увеличении температуры легко окисляются, то сушку желательно проводить в вакууме при инфракрасном обогреве и температуре 90-100 ºС. Вакуум предохраняет от окисления и при более высоких температурах (до 110 ºС). С увеличением температуры и с применением вакуума время сушки уменьшается до нескольких часов.

Температура плавления ПА довольно высока — 180-280 ºС. Для конкретных полимеров температура переработки выбирается на 10 ºС ниже температуры их плавления. Поскольку молекулярная масса ПА невысока, то давление литья также небольшое.

Полиамидные изделия, особенно толстостенные, предпочтительно лить с толстыми литниками и с увеличенным временем подпитки. Сопло литьевой машины должно иметь специальную конструкцию, которая снабжена запорным устройством и дополнительным подогревом до 265-275 ºС. Скорость впрыска для ПА выбирают высокой.

Поликарбонат (ПК) отличается от ПА высокой вязкостью расплава и высокой термостабильностью. Льется при повышенных температурах — 240-320 ºС. Давление литья — 800-1200 кгс/см².

Качество ПК изделий очень чувствительно к режимам литья, особенно зависит от температур расплава и формы. В изделиях создаются высокие остаточные напряжения, и это влечет последующее растрескивание изделия. ПК очень чувствителен и к содержанию влаги, потому он требует обязательной сушки. Сушат ПК до содержания влаги 0,05 %. После сушки ПК должен храниться в бункере машины в нагретом состоянии не более 30 минут, иначе опять насыщается влагой.

Скорость впрыска должна быть высокой и ограничена деструкцией. Температура формы — 90-120 ºС. Усадка ПК — 0,5-0,8 %.

ПК хорошо заполняет изгибы формующего инструмента. Изделия отличаются высокой стабильностью в процессе эксплуатации. Поликарбонат используется для формования изделий конструкционного назначения.

Полиметилметакрилат (ПММА) и сополимеры метилметакрилата. ПММА отличается высокой вязкостью расплава даже при высоких температурах, поэтому с трудом перерабатывается литьем под давлением. В чистом виде его практически не перерабатывают.

У акриловых полимеров температура размягчения и температура разложения близки. Температура литья — 180-250 ºС. При превышении этих температур наблюдается термодеструкция материала, поэтому в случае акриловых полимеров температура должна жестко контролироваться.

ПММА и другие полиакрилаты перед переработкой должны подсушиваться. Сушат их при температуре 65-90 ºС в течение 2-3 ч. Слой полимера в сушилках полочного типа не должен превышать 50 мм. После сушки перед переработкой его необходимо хранить в герметичной таре.

Давление литья акриловых полимеров составляет 800-1500 кгс/см², температура формы — 45-65 ºС (максимально — 70-80 ºС). При впрыске расплава в холодную форму в массе полимера образуются пузыри из-за резкого охлаждения. При впрыске материала в чрезмерно нагретую форму поверхность изделия получается недостаточно гладкой. Для снижения внутренних напряжений изделие желательно подвергать термообработке при температуре 75-85 ºС в течение 2 ч.

Акриловые полимеры в процессе литья легко электризуются, поэтому для того, чтобы получить изделия с высокими оптическими свойствами необходимо соблюдать высокую культуру производства.

Сополимеры ММК отличаются различными свойствами и режимами переработки друг от друга. Общим является то, что сополимеры требуют хорошей предварительной сушки и высокой культуры производства. В отличие от других термопластов при переработке акриловых полимеров не рекомендуется примешивать отходы к свежему материалу, так как это резко снижает основное свойство — прозрачность.

Полиформальдегид (ПФ) очень чувствителен к действию температур. Температура переработки различных марок полиформальдегида составляет от 160 до 210 ºС. Верхний температурный предел переработки ограничивается температурой, при которой наблюдается термодеструкция. Нижний температурный предел ограничен температурой, при которой материал становится текучим.

Особенностью переработки ПФ является ограниченное время пребывания его при повышенной температуре. При увеличении времени выдержки материала при повышенной температуре обычно изменяется окраска ПФ, а при дальнейшем увеличении наблюдается выделение мономерного формальдегида. В нормальных условиях концентрация формальдегида в помещении не должна превышать 1 мг/л воздуха.

При переработке ПФ предварительная сушка рекомендуется при переработке отходов аолимера. Сушат материал при температуре 70-85 ºС в течение 2-3 ч. Перед началом переработки температура загрузочной зоны цилиндра не должна превышать 150-155 ºС. Охлаждение загрузочного отверстия неинтенсивное.

При литье в передней части цилиндра и в сопле устанавливается температура 165-175 ºС. Расплав ПФ обладает низкой текучестью, поэтому давление литья повышенное — 800-1200 кгс/см². Скорость впрыска ПФ на стадии заполнения формы должно быть максимальным, температура формы — 60-75 ºС (иногда повышают до 90-120 ºС). Усадка составляет 1,5-3,5 %.

Если формуемое изделие предназначено для работы при температуре выше 75 ºС, то желательно отформованное изделие подвергать термообработке. Для этого изделие нагревают в очищенном минеральном масле до температуры 160 ºС. При этом продолжительность нагрева выбирается в зависимости от толщины стенки изделия (от 10 до 25 мин).

Наполненные термопласты (НТ) имеют более высокую вязкость расплава, поэтому заполняют форму с большим усилием. С целью снижения вязкости расплава и осуществления литья необходимо увеличить температуру литья на 10-15 ºС по сравнению с ненаполненными аналогами.

С целью снижения вязкости в состав НТ лучше добавлять небольшое количество пластификатора. НТ отличается более высоким уровнем остаточных напряжений, поэтому введение пластификатора способствует протеканию релаксационных процессов.

Термостабильность НТ выше, чем у ненаполненных аналогов. Для большего уплотнения изделия требуется применение увеличения выдержек под давлением.

При литье НТ с волокнистым наполнителем и с крупнозернистым наполнителем наблюдается разделение наполнителя и связующего. Для предотвращения разделения следует увеличить сечение литниковых каналов и сократить их длину. Если длина волокнистого наполнителя не превышает 12-15 мм, то явление разделения значительно не проявляется. Толщина литниковых каналов и стенок изделия не должна быть меньше 2,5d величины наибольшего зерна наполнителя.

НТ в силу их состава обладают малой усадкой, поэтому образования раковин в изделиях и утяжин практически не наблюдается. Точность размеров формуемых изделий в случае НТ наиболее высокая.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *